მატყლისმაგვარ მასალას შეუძლია დაიმახსოვროს და შეცვალოს ფორმა

როგორც ყველამ, ვინც ოდესმე გაისწორა თმა იცის, წყალი მტერია.სიცხისგან მტკივნეულად გასწორებული თმა ხვეულებად იქცევა იმ წუთში, როცა წყალს შეეხო.რატომ?რადგან თმას აქვს ფორმის მეხსიერება.მისი მატერიალური თვისებები საშუალებას აძლევს მას შეცვალოს ფორმა გარკვეული სტიმულის საპასუხოდ და დაუბრუნდეს პირვანდელ ფორმას სხვების საპასუხოდ.
რა მოხდება, თუ სხვა მასალებს, განსაკუთრებით ტექსტილს, ჰქონდათ ამ ტიპის ფორმის მეხსიერება?წარმოიდგინეთ მაისური გამაგრილებელი ხვრელებით, რომელიც იხსნება ტენიანობის ზემოქმედებისას და იხურება მშრალის დროს, ან ერთი ზომის ტანსაცმელი, რომელიც იჭიმება ან იკუმშება ადამიანის ზომებზე.
ახლა, ჰარვარდის ჯონ ა. პაულსონის ინჟინერიისა და გამოყენებითი მეცნიერებების სკოლის (SEAS) მკვლევარებმა შეიმუშავეს ბიოთავსებადი მასალა, რომელიც შეიძლება 3D-დაბეჭდილი იყოს ნებისმიერი ფორმით და წინასწარ დაპროგრამდეს შექცევადი ფორმის მეხსიერებით.მასალა დამზადებულია კერატინის გამოყენებით, ბოჭკოვანი ცილა, რომელიც გვხვდება თმაში, ფრჩხილებსა და ჭურვებში.მკვლევარებმა კერატინი ამოიღეს ნარჩენი აგორას მატყლიდან, რომელიც გამოიყენება ტექსტილის წარმოებაში.
კვლევამ შეიძლება ხელი შეუწყოს ნარჩენების შემცირების ფართო ძალისხმევას მოდის ინდუსტრიაში, პლანეტის ერთ-ერთ ყველაზე დიდ დამაბინძურებელში.უკვე დიზაინერები, როგორიცაა სტელა მაკკარტი, ხელახლა წარმოიდგენენ, თუ როგორ იყენებს ინდუსტრია მასალებს, მათ შორის მატყლს.
„ამ პროექტით ჩვენ ვაჩვენეთ, რომ ჩვენ შეგვიძლია არა მხოლოდ მატყლის გადამუშავება, არამედ ჩვენ შეგვიძლია ავაშენოთ ისეთი რამ, რაც აქამდე წარმოუდგენელი იყო“, - თქვა კიტ პარკერმა, ტარის ოჯახის ბიოინჟინერიისა და გამოყენებითი ფიზიკის პროფესორმა SEAS-ში და უფროსმა. ნაშრომის ავტორი.„ბუნებრივი რესურსების მდგრადობის გავლენა აშკარაა.რეციკლირებული კერატინის პროტეინით, ჩვენ შეგვიძლია გავაკეთოთ იმდენი, ან მეტი, ვიდრე ეს გაკეთდა ცხოველების პარსით დღემდე და ამით შევამციროთ ტექსტილისა და მოდის ინდუსტრიის გარემოზე ზემოქმედება“.
კვლევა გამოქვეყნებულია Nature Materials-ში.
კერატინის ფორმის შეცვლის უნარის გასაღები მისი იერარქიული სტრუქტურაა, თქვა ლუკა სერამ, SEAS-ის პოსტდოქტორანტმა და ნაშრომის პირველმა ავტორმა.
კერატინის ერთი ჯაჭვი მოწყობილია ზამბარის მსგავს სტრუქტურად, რომელიც ცნობილია როგორც ალფა-სპირალი.ამ ჯაჭვიდან ორი ერთმანეთს ეხვევა და ქმნის სტრუქტურას, რომელიც ცნობილია როგორც დახვეული ხვეული.ამ დახვეული ხვეულებიდან ბევრი იკრიბება პროტოფილამენტებად და საბოლოოდ დიდ ბოჭკოებად.
"ალფა სპირალისა და შემაერთებელი ქიმიური ბმების ორგანიზება მასალას აძლევს ძალას და ფორმას მეხსიერებას", - თქვა სერამ.
როდესაც ბოჭკო იჭიმება ან ექვემდებარება კონკრეტულ სტიმულს, ზამბარისმაგვარი სტრუქტურები იხსნება და ობლიგაციები ხელახლა ყალიბდება სტაბილური ბეტა-ფურცლების შესაქმნელად.ბოჭკოვანი რჩება ამ მდგომარეობაში მანამ, სანამ ის არ დაბრუნდება თავდაპირველ ფორმაში.
ამ პროცესის საჩვენებლად, მკვლევარებმა 3D ბეჭდვით დაბეჭდეს კერატინის ფურცლები სხვადასხვა ფორმებში.მათ დაპროგრამეს მასალის მუდმივი ფორმა - ფორმა, რომელსაც ის ყოველთვის დაუბრუნდება გააქტიურებისას - წყალბადის ზეჟანგის და მონოსტრიუმის ფოსფატის ხსნარის გამოყენებით.
მეხსიერების დაყენების შემდეგ, ფურცლის ხელახლა დაპროგრამება და ახალი ფორმების ჩამოყალიბება შეიძლებოდა.
მაგალითად, ერთი კერატინის ფურცელი დაკეცილი იყო რთულ ორიგამის ვარსკვლავად, როგორც მისი მუდმივი ფორმა.მეხსიერების დამკვიდრების შემდეგ, მკვლევარებმა ვარსკვლავი წყალში ჩაყარეს, სადაც ის გაიშალა და ელასტიური გახდა.იქიდან ფურცელი მჭიდრო მილში გააგორეს.გაშრობის შემდეგ, ფურცელი ჩაკეტილი იყო, როგორც სრულად სტაბილური და ფუნქციონალური მილი.პროცესის შესაცვლელად, მათ მილი ისევ წყალში ჩასვეს, სადაც ის გაშალა და ისევ დაკეცა ორიგამის ვარსკვლავად.
”მასალის 3D ბეჭდვის ეს ორეტაპიანი პროცესი და შემდეგ მისი მუდმივი ფორმების დაყენება საშუალებას იძლევა შექმნას მართლაც რთული ფორმები სტრუქტურული მახასიათებლებით მიკრონის დონეზე,” - თქვა სერამ.”ეს ხდის მასალას შესაფერისი გამოყენებისთვის ფართო სპექტრისთვის, ტექსტილიდან ქსოვილის ინჟინერიამდე.”
„მიუხედავად იმისა, იყენებთ მსგავს ბოჭკოებს ბრასიერების დასამზადებლად, რომელთა ჭიქის ზომა და ფორმა შეიძლება მორგებული იყოს ყოველდღიურად, ან ცდილობთ დაამზადოთ წამახალისებელი ტექსტილი სამედიცინო თერაპიული საშუალებებისთვის, ლუკას მუშაობის შესაძლებლობები ფართო და საინტერესოა“, - თქვა პარკერმა.„ჩვენ ვაგრძელებთ ტექსტილის ხელახლა წარმოდგენას ბიოლოგიური მოლეკულების საინჟინრო სუბსტრატების გამოყენებით, როგორიც აქამდე არასდროს ყოფილა გამოყენებული“.


გამოქვეყნების დრო: სექ-21-2020